新工科背景下綜合設(shè)計(jì)類課程教學(xué)模式探索實(shí)踐
——以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例

趙 鑫，朱啟兵，陶洪峰

（江南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

新工科建設(shè)是我國(guó)高等工程教育主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命的戰(zhàn)略行動(dòng)［1］。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新工科建設(shè)的主要專業(yè)之一，具有學(xué)科跨度大、綜合性與實(shí)踐性要求強(qiáng)等特點(diǎn)［2-3］。由于這些特點(diǎn)，單純的理論學(xué)習(xí)很難將多學(xué)科融合在一起。綜合設(shè)計(jì)類課程作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的重要方法，與課堂教學(xué)或?qū)嶒?yàn)教學(xué)相比，它不再局限于書本知識(shí)的傳授，而是通過為學(xué)生營(yíng)造實(shí)踐情境，引導(dǎo)他們面對(duì)各種現(xiàn)實(shí)問題，從中培養(yǎng)實(shí)踐能力，獲得解決現(xiàn)實(shí)問題的經(jīng)驗(yàn)；能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)專業(yè)涉及的多個(gè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合在一起，使學(xué)生融會(huì)貫通地學(xué)習(xí)和應(yīng)用各領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，從而提高創(chuàng)新能力［4］?！熬C合設(shè)計(jì)”課程在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、實(shí)踐創(chuàng)新等方面具有不可替代的作用。

本文以江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“綜合設(shè)計(jì)”課程為例，介紹課程的教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施開放式選題機(jī)制，構(gòu)建多指導(dǎo)的教學(xué)共同體和多元化考核方式，改革后的“綜合設(shè)計(jì)”課程培養(yǎng)方案取得了良好的教學(xué)效果。

一、現(xiàn)有“綜合設(shè)計(jì)”課程存在的問題

新工科的提出賦予了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生新技術(shù)、學(xué)科交叉融合、創(chuàng)新實(shí)踐及終身學(xué)習(xí)等方面能力的新使命和高要求。“綜合設(shè)計(jì)”課程開設(shè)在第六學(xué)期，培養(yǎng)學(xué)生綜合使用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程問題進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能分解和分析軟硬件功能的能力。為了更好地支撐物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)工程認(rèn)證，提出了如表1所示“綜合設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)及其支撐的畢業(yè)要求。

目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“綜合設(shè)計(jì)”選題上過多注重項(xiàng)目能否覆蓋教學(xué)大綱中的知識(shí)點(diǎn)，與現(xiàn)實(shí)需求嚴(yán)重脫離。由于缺乏綜合設(shè)計(jì)選題階段的評(píng)價(jià)，學(xué)生在選題階段參與度不高，“綜合設(shè)計(jì)”課程教學(xué)模式大多沿用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，指導(dǎo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)單一，缺乏對(duì)能力培養(yǎng)的教學(xué)資源支撐。而且“綜合設(shè)計(jì)”課程主要的考核方式還是對(duì)學(xué)生最終提交的項(xiàng)目報(bào)告或設(shè)計(jì)進(jìn)行終結(jié)性考核，忽略了對(duì)設(shè)計(jì)過程的考核。過程性評(píng)價(jià)的缺乏，對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成難以客觀度量?？己藘?nèi)容也只關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握情況，沒有對(duì)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)進(jìn)行全面考核，單一的考核模式無法適應(yīng)新工科對(duì)交叉復(fù)合能力工程人才培養(yǎng)的更高要求［5］。

二、綜合設(shè)計(jì)類課程改革總體思路

針對(duì)當(dāng)前綜合設(shè)計(jì)類課程存在的問題，經(jīng)過深入調(diào)研，結(jié)合實(shí)際情況，提出課程改革的總體思路：通過開放式選題，積極引導(dǎo)學(xué)生通過技術(shù)創(chuàng)新解決生產(chǎn)生活中的具體問題，關(guān)注社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求；結(jié)合多學(xué)科優(yōu)勢(shì)資源，建立以多個(gè)學(xué)科的教師、實(shí)驗(yàn)室教師及企業(yè)導(dǎo)師為主體的教學(xué)共同體；建立過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合、知識(shí)技能與能力素質(zhì)并重的多元化考核模式。

（一）與現(xiàn)實(shí)需求緊密結(jié)合的開放式選題機(jī)制

物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)日新月異，通常都是先出現(xiàn)需求，而后出現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)及產(chǎn)品。眾多物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)研發(fā)出的創(chuàng)意產(chǎn)品，如智能音響、小型家政機(jī)器人等，都是為了解決隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展涌現(xiàn)出的新需求，這些產(chǎn)品應(yīng)用了最新的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，有著巨大的應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)前景［6］。發(fā)現(xiàn)問題和需求是新工科人才需要具備的重要能力之一，因此提出開放式選題機(jī)制，并引入選題評(píng)價(jià)制度。為了極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和鉆研的熱情，鼓勵(lì)學(xué)生自主出題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)觀察、思考，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力；同時(shí)，教師對(duì)選題進(jìn)行考核，引導(dǎo)學(xué)生去尋找物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際需求，讓學(xué)生切實(shí)感到自己做的項(xiàng)目是有實(shí)用價(jià)值的。綜合設(shè)計(jì)選題要切合實(shí)際問題，強(qiáng)化校企合作，通過專業(yè)學(xué)科與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的雙重驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目成果向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，形成共建、共享、共生的良性循環(huán)，建立綜合學(xué)術(shù)性、實(shí)用性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性、可完成的評(píng)價(jià)制度。

（二）兼顧理論知識(shí)與實(shí)踐能力的跨學(xué)科教學(xué)共同體

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋了信息從感知、傳輸、處理到應(yīng)用四個(gè)層次的專業(yè)理論與技術(shù)體系，教師往往只熟悉自己的研究領(lǐng)域，欠缺實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很難將物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及的所有技術(shù)融會(huì)貫通，并在實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)過程中給予學(xué)生充分的指導(dǎo)［7］。針對(duì)這一問題，可以充分調(diào)動(dòng)整合現(xiàn)有資源，將“綜合設(shè)計(jì)”課程教學(xué)和指導(dǎo)工作交給多學(xué)科教師、實(shí)驗(yàn)室教師和企業(yè)導(dǎo)師共同組成的教學(xué)共同體。在選題階段，由工作在行業(yè)一線、了解當(dāng)前前沿技術(shù)與最新研究現(xiàn)狀的企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)行指導(dǎo)，不僅可以拓寬學(xué)生的視野，還能保持綜合設(shè)計(jì)選題的創(chuàng)新性和實(shí)用性。在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)選題所涉及的專業(yè)知識(shí)，從教師庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)專業(yè)的教師進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)，使學(xué)生在各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域都能有一定的深入探索和研究。在實(shí)現(xiàn)階段，由實(shí)踐能力較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室教師進(jìn)行指導(dǎo)，當(dāng)遇到技術(shù)瓶頸時(shí)，可尋求企業(yè)導(dǎo)師的幫助。對(duì)于一些較為復(fù)雜的底層技術(shù)，行業(yè)中通常會(huì)有封裝好的解決方案，使學(xué)生掌握這些技術(shù)并應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)中，以激發(fā)其興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。由此使學(xué)生自頂向下地學(xué)習(xí)所需知識(shí)，并與在設(shè)計(jì)階段中學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)相互印證，學(xué)以致用。

（三）過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合的多元化考核模式

新工科建設(shè)要培養(yǎng)卓越工程人才，提升學(xué)生的工程意識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和工匠精神。與傳統(tǒng)課程不同，綜合設(shè)計(jì)類課程的目標(biāo)不是定位于知識(shí)體系，而是定位于能力體系；對(duì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要有明確支撐，同時(shí)要以目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)展開考核，并進(jìn)行反饋和持續(xù)改進(jìn)。因此，提出如圖1所示的多元化考核模式，從評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革，同時(shí)與培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度相結(jié)合，形成“評(píng)價(jià)—反饋—改進(jìn)”的閉環(huán)式綜合設(shè)計(jì)質(zhì)量保障體系。圍繞對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)目標(biāo)，將綜合設(shè)計(jì)的過程分解為課題調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段，制定小組考核內(nèi)容和評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)各階段中每個(gè)環(huán)節(jié)的研究過程進(jìn)行過程性考核，對(duì)各階段的輸出內(nèi)容做終結(jié)性考核。

圖1 多元化考核方式改革

新的考核方案以工程認(rèn)證為目標(biāo)，可以客觀度量課程目標(biāo)的達(dá)成度，根據(jù)能力培養(yǎng)目標(biāo)將指標(biāo)分解到各個(gè)環(huán)節(jié)。最終，綜合設(shè)計(jì)小組需要提交支撐整體設(shè)計(jì)的所有材料，以2021年某小組的“基于樹莓派人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)”為例，提交的材料包括網(wǎng)頁前后端實(shí)現(xiàn)代碼、整個(gè)設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的軟硬件代碼、匯報(bào)報(bào)告、展示視頻。同時(shí)引入組內(nèi)學(xué)生互評(píng)，細(xì)化每個(gè)學(xué)生的成果和貢獻(xiàn)，使得個(gè)人成績(jī)最終評(píng)價(jià)更加多元化，包括每個(gè)人的日常工作量、項(xiàng)目演示匯報(bào)、設(shè)計(jì)材料整理等。

三、實(shí)踐效果分析

江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)承擔(dān)了教育部首批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目，構(gòu)建了以“知識(shí)—能力—素質(zhì)”為主線的“綜合設(shè)計(jì)”課程改革。基于無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢(shì)，用校企共建、卓越工程師計(jì)劃等形式構(gòu)建“校內(nèi)—校外”聯(lián)動(dòng)的師資隊(duì)伍；依托物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，打造學(xué)科交叉的教學(xué)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)；以指導(dǎo)、討論、答辯等多種形式，形成“課中—課外”協(xié)同的育人模式。

開放式選題機(jī)制使得學(xué)生的積極性和主動(dòng)性被充分調(diào)動(dòng)起來，學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力明顯增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力在自主選題過程中得到了鍛煉。加入的自主出題和選題評(píng)價(jià)能更好地支撐課程目標(biāo)6和7。學(xué)科背景交叉、知識(shí)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的教學(xué)共同體在學(xué)生綜合設(shè)計(jì)的各個(gè)階段的緊密配合，更好地支撐了課程目標(biāo)1和5，學(xué)生不僅掌握了各交叉學(xué)科的專業(yè)理論知識(shí)，提高了創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)鍛煉了實(shí)踐動(dòng)手能力，能夠更好地適應(yīng)新工科對(duì)于人才的新要求。過程性與終結(jié)性考核相結(jié)合的多元化考核模式，更好地支撐了課程目標(biāo)2、3、4、8，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生能力多維度、多層面的考查，引導(dǎo)學(xué)生在注重結(jié)果的同時(shí)，也要注重對(duì)過程的計(jì)劃與控制；在注重專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，也能不斷提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、項(xiàng)目管理能力、溝通表達(dá)能力等軟技能，成為高素質(zhì)復(fù)合型的新工科人才。表2給出了改革前后的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生課程達(dá)成度平均值，課程目標(biāo)1、6、8的達(dá)成度有較大提升。

表2 改革前后“綜合設(shè)計(jì)”課程達(dá)成度

通過課后評(píng)教和調(diào)研，學(xué)生對(duì)于新模式的“綜合設(shè)計(jì)”課程評(píng)價(jià)普遍很好，認(rèn)為加強(qiáng)過程管理，更能強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)意識(shí)，保證課程設(shè)計(jì)質(zhì)量?！熬C合設(shè)計(jì)”課程很好地提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括知識(shí)應(yīng)用能力、方案比較和選型能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐能力，以及團(tuán)隊(duì)溝通寫作能力。該課程的選題更貼切實(shí)際，整體創(chuàng)新性有所增加，項(xiàng)目成品設(shè)計(jì)、項(xiàng)目書匯報(bào)和課程達(dá)成度都有了明顯改善。

結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“綜合設(shè)計(jì)”課程存在的不足，從選題、教學(xué)資源、考核方式等方面入手，進(jìn)行改革探索，以培養(yǎng)新工科人才為目標(biāo)，通過開放式選題機(jī)制，采用能力互補(bǔ)的學(xué)習(xí)共同體和跨學(xué)科的教學(xué)共同體作為教學(xué)資源支撐，創(chuàng)新考核模式，使學(xué)生通過綜合設(shè)計(jì)類課程接受到良好的工程實(shí)踐鍛煉，提高了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的綜合能力與創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)水平、服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對(duì)人才的迫切需求、實(shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略具有積極意義。